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지구‧환경공학부 이재영 교수팀, 물의 전기분해용 고효율 흑연양극 개발

  • 대외협력팀
  • 등록일 : 2017.09.13
  • 조회수 : 1354

□  GIST(광주과학기술원, 총장 문승현) 지구환경공학부 이재영 교수팀흑연화된 카본양극을 이용하여 고순도 수소생산공정 중 하나인 알카리 물의 전기분해*의 난제인 산소발생 효율을 개선하는데 성공했다.

* 알카리 물의 전기분해: 물을 1.23V(DC 전원) 이상의 전기에너지로 분해하여 초고순도 수소와 산소를 만드는 전기화학 공정 중에 하나로 귀금속 촉매를 사용하지 않아 경제적이고 대규모 수소생산에 적합.

천연가스인 메탄가스를 고온고압에서 수증기로 분해하여 수소를 생산하는 공정에 비해 전기화학 공정의 양극재료로 저가의 비금속 촉매를 사용하여 높은 수소 생산단가를 낮춰 상용화에 기여할 것으로 기대된다.

물의 전기분해에 사용되는 일반적인 양극재료로 활성탄소에 담지된 이리듐 귀금속 촉매를 사용하는데 최근 이리듐은 수요가 많아져서 백금과 유사하게 고가로 거래된다는데 단점이 있다.

□  연구팀은 전기방사법을 이용하여 카본섬유 내부와 외부에 코발트 입자를 골고루 위치시키고, 화학적 리칭(leaching)** 공정으로 완벽히 코발트입자를 제거함으로써 고효율 산소발생에 적합한 메조기공 및 흑연구조를 선택적으로 형성시킬 수 있었다.

물의 전기분해 공정은 음극에서의 수소발생과 양극에서의 산소발생이 커플 반응으로 일어나게 된다. 음극재료는 탁월한 성능의 촉매가 다수 이미 개발되어 있지만 양극재료는 이리듐 기반 귀금속을 사용하더라도 과전압이 높고 동역학이 느리다는 문제점을 가지고 있다.

** 광석이나 배소광(焙燒鑛)에 함유된 금속·금속광물 등의 특정한 성분을 산·알카리 등의 용매로 녹여 남아 있는 고체로부터 분리시키는 일로서 광석에서 구리·아연·우라늄 등의 금속원소를 추출하는 방법

□  이재영 교수팀은 흑연화된 양극이 산소발생 활성과 내구성을 모두 확보할 수 있는 촉매임을 규명하였고, 단순히 촉매의 특성만을 측정하는 것에서 벗어나 음이온교환분리막이 적용된 zero-gap ***로 실질적인 물의 전기분해 공정효율 개선까지 제시하여 상용화에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

*** zero-gap : 양극, 이온교환막, 음극을 일체형으로 접합시켜 계면의 틈을 100%에 가깝게 제거한 전기화학 반응 셀 

□  GIST 지구·환경공학부 이재영 교수(교신저자)가 주도하고 신동윤 박사 (1저자)가 수행한 이번 연구는 산업통상자원부 산하 한국에너지기술평가원(KETEP)과 GIST 차세대에너지연구소의 지원을 받았으며 촉매화학, 에너지화학, 물리화학 분야의 국제학술지인 영국 RSC 물리화학-화학물리(Physical Chemistry Chemical Physics, PCCP) 9월 7일자 Issue 33에 2017 PCCP HOT Articles로 게재되었다. <끝> 

      (논문명 : A graphitic edge plane rich meso-porous carbon anode for alkaline water electrolysis)

콘텐츠담당 : 대외협력팀(T.2024)
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